(57)【要約】  機械剛性の低さに起因して残留振動が発生するような機械の位置決め制御において、許容できる位置決め誤差内に残留振動を抑制し、かつ、位置決め制御するのに要する位置決め時間を短縮する。  動作条件と残留振動の情報に基づいて、機械の残留振動の振幅値を位置決め実行前に予測し、この予測結果に基づいて、機械の残留振動の抑制を考慮しない位置決め制御を行う第一のサーボ制御部（11）と、機械の残留振動を抑制することを考慮する第二のサーボ制御部（12）を自動的に使い分ける。
2011039929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め制御における機械の移動距離及び機械の制限加速度からなる動作条件情報に基づいて、最終値が前記移動距離となり、かつ二回微分信号である指令加速度信号が前記制限加速度以下となるように位置指令信号を生成するとともに、検出した機械の位置情報である検出位置信号と前記位置指令信号とに基づいて、前記位置指令信号と機械位置が一致するように位置決め制御を実行するための第一のトルク指令信号を生成する第一のサーボ制御部と、
位置決め制御における機械の移動距離及び機械の制限加速度からなる動作条件情報に基づいて、最終値が前記移動距離となり、かつ二回微分信号である指令加速度信号が前記制限加速度以下となるように位置指令信号を生成するとともに、この位置指令信号から、機械の位置決め制御において発生する残留振動の成分を除去した振動成分除去位置指令信号を、前記動作条件情報に基づいて生成するとともに、前記検出位置信号と前記振動成分除去位置指令信号とに基づいて、前記振動成分除去位置指令信号と機械位置が一致するように位置決め制御を実行するための第二のトルク指令信号を生成する第二のサーボ制御部と、
予め任意の動作条件のもとで第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を行った際に発生した機械の残留振動を計測した残留振動情報を記憶する残留振動情報入力部と、
前記残留振動情報及び動作条件情報に基づき、第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を実行した場合に発生する機械の残留振動の振幅値を予測する残留振動振幅予測部と、
位置決め制御で目標とする機械の移動距離と、位置決め制御終了時における機械の検出位置との差の許容値を、許容位置決め誤差を記憶する許容位置決め誤差入力部と、
前記残留振動振幅予測部で予測した残留振動振幅予測値が、前記許容位置決め誤差を超える場合は、第二のサーボ制御部を用いて機械の位置決め制御を実行し、また、前記残留振動振幅予測値が前記許容位置決め誤差以下の場合は、第一のサーボ制御部を用いて機械の位置決め制御を実行するよう、動作条件毎に位置決め制御に用いるサーボ制御部を選択するサーボ制御部選択部と、
前記サーボ制御選択部が選択したサーボ制御部から出力されるトルク指令信号をもとに、機械を駆動するモータに与える電流を制御する電流制御部と、
を備えることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
位置決め制御における機械の移動距離及び機械の制限加速度からなる動作条件情報に基づいて、最終値が前記移動距離となり、かつ二回微分信号である指令加速度信号が前記制限加速度以下となるように位置指令信号を生成するとともに、検出した機械の位置情報である検出位置信号と前記位置指令信号とに基づいて、前記位置指令信号と機械位置が一致するように位置決め制御を実行するための第一のトルク指令信号を生成する第一のサーボ制御部と、
位置決め制御における機械の移動距離及び機械の制限加速度からなる動作条件情報に基づいて、最終値が前記移動距離となり、かつ二回微分信号である指令加速度信号が前記制限加速度以下となるように位置指令信号を生成するとともに、この位置指令信号に低域通過特性フィルタを通した信号を一回微分したフィードフォワード速度指令信号から、あるいは、前記位置指令信号に低域通過特性フィルタを通した信号を二回微分し、これに機械総イナーシャから決まるゲイン要素を乗じて算出するフィードフォワードトルク指令信号から、機械の位置決め制御において発生する残留振動の成分を除去した信号を生成するとともに、この残留振動の成分を除去した信号と前記検出位置信号とに基づいて、位置決め制御を実行するための第二のトルク指令信号を生成する第二のサーボ制御部と、
予め任意の動作条件のもとで第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を行った際に発生した機械の残留振動を計測した残留振動情報を記憶する残留振動情報入力部と、
前記残留振動情報及び動作条件情報に基づき、第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を実行した場合に発生する機械の残留振動の振幅値を予測する残留振動振幅予測部と、
位置決め制御で目標とする機械の移動距離と、位置決め制御終了時における機械の検出位置との差の許容値を、許容位置決め誤差を記憶する許容位置決め誤差入力部と、
前記残留振動振幅予測部で予測した残留振動振幅予測値が、前記許容位置決め誤差を超える場合は、第二のサーボ制御部を用いて機械の位置決め制御を実行し、また、前記残留振動振幅予測値が前記許容位置決め誤差以下の場合は、第一のサーボ制御部を用いて機械の位置決め制御を実行するよう、動作条件毎に位置決め制御に用いるサーボ制御部を選択するサーボ制御部選択部と、
前記サーボ制御選択部が選択したサーボ制御部から出力されるトルク指令信号をもとに、機械を駆動するモータに与える電流を制御する電流制御部と、
を備えることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項３】
前記第二のサーボ制御装部は、位置決め制御における機械の移動距離及び機械の制限加速度からなる動作条件情報に基づいて、最終値が前記移動距離となり、かつ二回微分信号である指令加速度信号が前記制限加速度以下となるような位置指令信号を生成する代わりに、前記第一のサーボ制御部で生成された前記位置指令信号を入力して、前記第二のサーボ制御部で第二のトルク指令信号を生成するための演算に使用することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
前記残留振動振幅予測部は、前記残留振動情報及び動作条件情報に基づき算出する、第一のサーボ制御部における位置指令信号、あるいは、第一のサーボ制御部における位置指令信号の一回微分である指令速度信号、あるいは、第一のサーボ制御部における位置指令信号の高階微分信号、における、機械の残留振動の周波数に対する周波数成分の値に比例して機械の残留振動の振幅値を予測すること、を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
前記残留振動振幅予測部は、機械の残留振動の周波数をωn、第一のサーボ制御部における位置指令信号が時間0に開始され、時間2t0に目標とする移動距離に到達するとし、第一のサーボ制御部における位置指令信号の微分信号である指令速度信号v*(t)の形状が、時間t0に関し対称な形状である場合に、機械の残留振動の振幅値を、
【数１】
2011039929.tif 000031
に比例して予測すること、を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
前記残留振動振幅予測部は、第一のサーボ制御部の位置指令信号の一回微分である指令速度信号が三角形状であり、かつ、機械の移動距離をＤ、第一のサーボ制御部の位置指令信号の二回微分である指令加速度信号の大きさをＡ、機械の残留振動の周波数をωnとした場合に、機械の残留振動の振幅値を、
【数２】
2011039929.tif 000032
に比例して予測すること、を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項７】
前記残留振動振幅予測部は、予め計測した、任意の動作条件のもとで第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を行った際に発生した機械の残留振動の振幅値をもとに、別の動作条件で動作させたときの機械の残留振動の振幅値を予測すること、を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械の位置決め制御装置に関するものであり、特に低剛性の機械を駆動するための位置決め制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用の機械では、機械剛性の低さに起因して発生する残留振動の影響を小さくして、機械負荷を許容できる位置決め誤差内に位置決め制御し、その制御に要する時間を短縮することが望まれている。このような課題を解決するための従来技術として、特許文献１では、位置指令信号に基づく振動特性に応じたプレフィルタを用いて位置指令信号を整形することで、位置決め制御中の振動を減少させ、残留振動の励起を抑制する位置決め制御装置が開示されている。特許文献２では、位置決め制御中に、残りの移動距離に応じて位置制御ループの伝達特性を異ならせることにより、位置決め制御中の振動を減少させ、残留振動の励起を抑制する位置決め制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2005-25316号公報
【特許文献２】特開昭63-273902号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１に開示された技術では、複数の移動距離に対して位置決め制御を行う場合、移動距離に依存しないプレフィルタを用いて元の位置指令信号を整形するため、整形後の位置指令信号は元の位置指令信号に対し遅れが生じる。特に、短い移動距離を動作させる場合では、元の位置指令信号が開始されてから目標位置に到達するまでの指令払出時間が短いため、プレフィルタ用いた場合の指令払出時間が、プレフィルタを用いない場合の指令払出時間に比べて相対的に長くなり、その結果位置決め時間も長くなるという問題があった。
また、前述した特許文献２に開示された技術では、残りの移動距離がどれぐらいの値から制御ループ特性を切り替えるかの具体的な指針が無く、試行錯誤によりこれを決定しなければならないため、位置決め制御装置の調整に時間がかかるという問題があった。さらに、位置決め制御中に位置制御ループ特性を切り換えることに伴い、モータトルクなどのアクチュエータの操作量が不連続になり、これに起因する振動などが発生するという問題があった。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低剛性の機械であっても、振動を所望の位置決め誤差内に抑えつつ位置決め制御に要する時間を短縮でき、また、位置決め制御装置自体の調整時間を短縮できる位置決め制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の位置決め制御装置は、位置決め制御における機械の移動距離及び機械の制限加速度からなる動作条件情報に基づいて、最終値が前記移動距離となり、かつ二回微分信号である指令加速度信号が前記制限加速度以下となるように位置指令信号を生成するとともに、検出した機械の位置情報である検出位置信号と前記位置指令信号とに基づいて、前記位置指令信号と機械位置が一致するように位置決め制御を実行するための第一のトルク指令信号を生成する第一のサーボ制御部と、
位置決め制御における機械の移動距離及び機械の制限加速度からなる動作条件情報に基づいて、最終値が前記移動距離となり、かつ二回微分信号である指令加速度信号が前記制限加速度以下となるように位置指令信号を生成するとともに、この位置指令信号から、機械の位置決め制御において発生する残留振動の成分を除去した振動成分除去位置指令信号を、前記動作条件情報に基づいて生成するとともに、前記検出位置信号と前記振動成分除去位置指令信号とに基づいて、前記振動成分除去位置指令信号と機械位置が一致するように位置決め制御を実行するための第二のトルク指令信号を生成する第二のサーボ制御部と、
予め任意の動作条件のもとで第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を行った際に発生した機械の残留振動を計測した残留振動情報を記憶する残留振動情報入力部と、
前記残留振動情報及び動作条件情報に基づき、第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を実行した場合に発生する機械の残留振動の振幅値を予測する残留振動振幅予測部と、
位置決め制御で目標とする機械の移動距離と、位置決め制御終了時における機械の検出位置との差の許容値を、許容位置決め誤差を記憶する許容位置決め誤差入力部と、
前記残留振動振幅予測部で予測した残留振動振幅予測値が、前記許容位置決め誤差を超える場合は、第二のサーボ制御部を用いて機械の位置決め制御を実行し、また、前記残留振動振幅予測値が前記許容位置決め誤差以下の場合は、第一のサーボ制御部を用いて機械の位置決め制御を実行するよう、動作条件毎に位置決め制御に用いるサーボ制御部を選択するサーボ制御部選択部と、
前記サーボ制御選択部が選択したサーボ制御部から出力されるトルク指令信号をもとに、機械を駆動するモータに与える電流を制御する電流制御部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の位置決め制御装置によれば、低剛性の機械であっても、振動を所望の位置決め誤差内に抑えつつ位置決め制御に要する時間を短縮でき、また、位置決め制御装置自体の調整時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１における位置決め制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における第一のサーボ制御部の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１における第一のサーボ制御部の位置指令信号の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における第一のサーボ制御部の他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１における第二のサーボ制御部の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１における第二のサーボ制御部の他の例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１における第二のサーボ制御部の他の例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１における残留振動振幅予測部の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態１におけるモータ制御選択部の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における位置決め制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態１における残留振動を除去しない位置決め制御を行ったときの機械振動の数値シミュレーション波形を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における残留振動を除去した位置決め制御を行ったときの機械振動の数値シミュレーション波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における位置決め制御を行ったときの機械振動の数値シミュレーション波形を示す図である。
【符号の説明】
【０００９】
１  回転型モータ、２  位置検出器、３  ボールネジ、４  カップリング、
５  ボールネジナット、６  弾性要素、７  負荷機械
１０  動作条件情報部、１１  第一のサーボ制御部、１２  第二のサーボ制御部、
１３  許容位置決め誤差入力部、１４  残留振動情報入力部、
１５  残留振動振幅予測部、１６  サーボ制御選択部、１７  電流制御部、
２０  動作条件情報、２１  第一のトルク指令信号、２２  第二のトルク指令信号、
２３  選択トルク指令信号、２４  電流、２５  検出位置情報、２６  残留振動情報、
２７  許容位置決め誤差、３０  位置指令信号生成部、３１  位置制御部、
３２、３６  微分器、３３  速度制御部、３５  低域フィルタ部、
３７、５７  フィードフォワードトルク指令信号生成部、４０  位置指令信号、
４１、５１  位置偏差信号、４２、５２  速度指令信号、４３、５３  検出速度信号、
４４、５４  速度偏差信号、５０  低域通過位置指令信号、
５５  暫定第一のトルク指令、７０  振動成分除去部、
７１  振動成分除去位置指令信号、８０  無振動型位置指令信号生成部、
９１  残留振動振幅理論値算出部、９２  比例定数乗算部、
９３  サーボ制御選択判断部、９４  サーボ制御選択実行部、
１０１〜１０５  加減算器、Ｘ  残留振動振幅予測値、Ｙ  残留振動振幅予測値。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について以下説明する。図１は、位置決め制御装置の一例を示すブロック図である。１はモータ、２はモータ１の位置情報を検出する位置検出器、３はモータ１の回転運動を直線運動に変換するボールネジ、４はモータ１の動力をボールネジ３に伝えるカップリング、５はボールネジ３によって駆動されるボールネジナット、６は機械に含まれる弾性要素、７は駆動する機械負荷を表す。
10は位置決め制御に必要な情報である、移動距離や位置決め制御時の制限すべき制限加速度などの動作条件情報を出力する動作条件情報部、11は動作条件情報と位置検出器が出力する位置情報とをもとに、機械の残留振動の発生を考慮せずにモータの位置決め制御を行わせるための第一のトルク指令信号を算出する第一のサーボ制御部、12は動作条件情報と位置検出器が出力する位置情報とをもとに、機械の残留振動の発生を抑制してモータの位置決め制御を行わせるための第二のトルク指令信号を算出する第二のサーボ制御部である。
13は目標とする機械の移動距離と位置決め制御終了時の機械の検出位置との誤差の許容値、もしくは機械の残留振動振幅の許容値を、許容位置決め誤差として位置決め制御装置の外部から入力する許容位置決め誤差入力部、14は第一のサーボ制御部11を使用したときに発生する機械の残留振動の情報（残留振動の周波数や振幅など）を位置決め制御装置の外部から入力する残留振動情報入力部、15は動作条件情報をもとに、第一のサーボ制御部を使用して位置決め制御を行ったときの機械の残留振動の振幅予測値を出力する残留振動振幅予測部、16は残留振動振幅予測部の出力と許容位置決め誤差とを比較し、第一のサーボ制御部が生成した第一のトルク指令を使用して実際の位置決め制御を行うか、第二のサーボ制御部が生成した第二のトルク指令を使用して実際の位置決め制御動作を行うか、の選択を行うサーボ制御選択部、17はサーボ制御選択部16で選択したサーボ制御部から出力されたトルク指令をもとに、モータ１が所望のトルクを発生できるように、モータに与える電流を制御する電流制御部である。
20は動作条件情報部10から出力される動作条件情報であり、21は第一のサーボ制御部が生成する第一のトルク指令信号、22は第二のサーボ制御部が生成する第二のトルク指令信号、23はサーボ制御選択部16で選択したサーボ制御部から出力されたトルク指令である選択された選択トルク指令信号、24は電流制御部15からモータ１に供給される電流、25は位置検出器２が検出したモータ１の位置情報である検出位置信号である。26は残留振動情報入力部14から出力される残留振動の周波数や振幅などの残留振動情報である。27は許容位置決め誤差入力部13から出力される許容位置決め誤差である。
【００１１】
図１に示す位置決め制御装置の動作について説明する。
動作条件情報部10から出力された動作条件情報20（移動距離と位置決め制御時の制限すべき制限加速度）は、第一のサーボ制御部11と第二のサーボ制御部12と残留振動振幅予測部15へ出力される。また、位置検出器２からは検出位置信号25が第一のサーボ制御部11と第二のサーボ制御部12へ出力される。第一のサーボ制御部11は、動作条件情報20と検出位置信号25とを入力し、これらをもとに、機械の残留振動の発生を考慮せずにモータの位置決め制御を行わせるための第一のトルク指令信号21を算出する。第二のサーボ制御部12は、動作条件情報20と検出位置信号25とを入力し、これらをもとに、機械の残留振動の発生を抑制してモータの位置決め制御を行わせるための第二のトルク指令信号22を算出する。
残留振動振幅予測部15は、動作条件情報20と、残留振動情報入力部14を通して位置決め制御装置の外部から入力された残留振動の情報と、を入力し、これらをもとに、第一のサーボ制御部21を使用して位置決め制御を行ったときの残留振動の振幅予測値を算出する。制御選択部16は、残留振動振幅予測部15からの残留振動の振幅予測値と、許容位置決め誤差入力部13から位置決め誤差の許容値とを入力し、これらをもとに、第一のトルク指令21を使用して実際の位置決め制御を行うか、第二のトルク指令22を使用して実際の位置決め制御動作を行うか、の選択を行う。電流制御部17は、サーボ制御選択部16により選択された選択トルク指令23をもとに、モータ１が所望のトルクを発生できるような電流24をモータ１に供給し、モータ１を駆動する。
【００１２】
次に、第一のサーボ制御部11について詳細に説明を行う。
図２は、第一のサーボ制御部の構成の一例を示すブロック図である。ここで、30は動作条件情報20である移動距離と制限加速度の情報をもとに、位置指令信号40を生成する位置指令信号生成部、101は位置指令信号40と位置検出器２から検出される検出位置信号25との差を計算し位置偏差信号41として出力する加減算器、31は位置偏差信号41から速度指令信号42を算出する位置制御部、32は検出位置信号25からその微分信号である検出速度信号43を算出する微分器、102は速度指令信号42と検出速度信号43との差を計算し速度偏差信号44として出力する加減算器、33は速度偏差信号44から第一のトルク指令21を算出する速度制御部である。
【００１３】
動作について説明する。位置指令生成部30において動作条件情報20から位置指令信号40が生成され、位置指令信号40から検出位置信号25を減算した位置偏差信号41を用いて位置制御部31により速度指令信号42が算出される。速度指令信号42から、検出位置信号25を微分した検出速度信号43を減算した速度偏差信号44を用いて速度制御部33により第一のトルク指令21が算出され、出力される。
【００１４】
ここで、位置指令信号生成部30は、位置指令信号の最終値が移動距離となり、位置指令信号の二回微分である指令加速度信号の最大値が制限加速度以下になるように、位置指令信号40を生成する。このような位置指令信号の具体例としては、位置指令信号の微分信号である指令速度信号の形状が三角であるようなものが挙げられる。以下、位置指令信号の微分信号である速度指令信号の形状が三角となるような指令を三角指令と呼ぶ。図３に、三角指令の位置指令信号、位置指令信号の一回微分である指令速度信号、位置指令信号の二回微分である指令加速度信号を示す。Ｄは移動距離であり、Ａは加速度を示す。図３に示されるように三角指令の指令速度信号は、加速中（時間０から時間√(D/A)）に、加速度Ａで直線的に加速し、減速中（時間√(D/A)から時間２×√(D/A)）に、加速度−Ａで直線的に減速する。加速度の絶対値がＡ以下で動作する位置指令信号の中でも、三角指令は、位置指令信号が開始されてから、目標となる移動距離に到達するまでの時間が最短となる。
【００１５】
位置制御部31での制御の具体例としては、位置偏差信号41に比例要素をかけて速度指令信号を出力するP制御などが挙げられる。また、速度制御部33の具体例としては、比例要素と積分要素から構成されるPI制御などが挙げられる。
【００１６】
図４は、第一のサーボ制御部の別の例を示すブロック図である。図２で示した構成と同じものについては説明を省略する。35は、位置指令信号40にDC成分が１である低域通過特性フィルタを通して、低域通過位置指令信号50を出力する低域フィルタ部である。低域通過特性フィルタの具体例としては、ｓをラプラス演算子、Ｔをフィルタの時定数として、1/(Ｔs+1)の伝達特性のフィルタを適用することが挙げられるが、これに限られるものではなく、例えばフィルタの次数を高次にしたものでもよい。36は、低域通過位置指令信号50を微分して、フィードフォワード速度指令信号56を出力する微分器、37は低域通過位置指令信号50を二回微分し、さらに機械総イナーシャから決まるゲイン要素Ｊをかけることにより、フィードフォワードトルク指令信号57を出力するフィードフォワードトルク指令信号生成部である。また、103〜105は入力信号の加減算を行う加減算器である。
【００１７】
動作について説明する。位置指令生成部30において動作条件情報20から位置指令信号40が生成される。位置指令信号40は低域フィルタ部35に入力され低域通過位置指令信号50が生成される。低域通過位置指令信号50から検出位置信号25を減算した位置偏差信号51を用いて位置制御部31により速度指令信号52が算出される。速度指令信号52と、低域通過位置指令信号50を微分したフィードフォワード速度指令信号56とが加算され、その和から検出位置信号25を微分した検出速度信号53が減算され、速度偏差信号54が生成される。速度偏差信号54を用いて速度制御部33により暫定第一のトルク指令55が算出され、暫定第一のトルク指令55と、フィードフォワードトルク指令信号生成部37により低域通過位置指令信号50から生成されたフィードフォワードトルク指令信号57とが加算され、第一のトルク指令21として出力される。
【００１８】
図２、図４に示されるように、第一のサーボ制御部11は、位置指令信号40に含まれる、機械の位置決め制御において発生する残留振動の成分を除去せずに位置決め制御を行っている。また、第一のサーボ制御部11は、上述した構成例に限られるものではなく、機械の残留振動の抑制について考慮せずに位置決め制御を行うものなら、どのような構成であってもよい。
【００１９】
第一のサーボ制御部11は、位置指令信号に含まれる、機械の位置決め制御において発生する残留振動の成分を除去せずに位置決め制御を行っているため、機械の残留振動の抑制を考慮することによる遅延が発生せず、位置決め制御に要する位置決め時間を短縮することができる。特に、位置指令信号40として、加速度を制限加速度にした三角指令を用いた場合には、最短時間移動が達成できる位置指令信号に追従しようと制御を行うため、特にこの効果が顕著となる。一方、剛性が低い機械に対し、第一のサーボ制御部11を使用して位置決め制御を行うと、機械の残留振動の抑制を考慮せずに制御を行うため、一般に、位置決め制御の整定時に残留振動が発生しやすい。
【００２０】
次に、第二のサーボ制御部12について詳細に説明を行う。
図５に、第二のサーボ制御部12の構成の一例を示すブロック図である。図５に示す第二のサーボ制御部12は、図２に示した第一のサーボ制御部11の構成において、位置指令信号生成部30の後ろに振動成分除去部70をさらに設けている。振動成分除去部70では、位置指令信号40から残留振動の周波数成分を除去した振動成分除去位置指令信号71を生成する。図５に示す第二のサーボ制御部12では、振動成分除去部70以外の動作は図２に示した第一のサーボ制御部11の動作と同じであり、第一のサーボ制御部11における位置指令信号40の代わりに振動成分除去位置指令信号71を用いて位置決め制御を行う。
【００２１】
図６に、第二のサーボ制御部12の別の構成例を示す。図６に示す第二のサーボ制御部12は、図４に示した第一のサーボ制御部11の構成において、低域フィルタ部35の後ろに振動成分除去部70をさらに設けている。振動成分除去部70では、低域通過位置指令信号50から残留振動の周波数成分を除去した振動成分除去位置指令信号71を生成する。図６に示す第二のサーボ制御部12では、振動成分除去部70以外の動作は図４に示した第一のサーボ制御部11の動作と同じであり、第一のサーボ制御部11における低域通過位置指令信号50の代わりに振動成分除去位置指令信号71を用いて位置決め制御を行う。
【００２２】
ここで、図５および図６に示した第二のサーボ制御部12は、動作条件情報20である移動距離と制限加速度の情報をもとに、位置指令信号40を生成する位置指令信号生成部30を有するが、第一のサーボ制御部11で生成した位置指令信号40を第二のサーボ制御部12に入力し、第二のサーボ制御部12における位置指令信号40として用いてもよい。
【００２３】
振動成分除去部70の具体的な例としては、以下のようなノッチフィルタを用いてフィルタリング処理することにより、振動成分除去位置指令信号71を生成するものがある。
【００２４】
【数１】
2011039929.tif 000003
ここで、ｓはラプラス演算子、Ｌは時間である。exp(−sL)は時間Ｌだけ信号を遅らせることを意味し、（１）式のノッチフィルタの処理は、元の位置指令信号と、時間Ｌだけ遅らせた位置指令信号を足して２で割った信号を出力することに相当する。この処理を行うことにより、振動成分除去部70が出力する信号は、入力される信号に対し時間Ｌ／２だけ遅延が発生する。そこで、機械の残留振動を抑制するためには、Ｌを残留振動周期２π／ωnの半分に設定、すなわち、Ｌ＝２π/ωn×(1/2)にすればよい。
【００２５】
振動成分除去部70は、上記に限られるものではなく、他の形態、例えばＩＩＲフィルタなどを用いてよい。また、振動成分除去部70は、位置指令信号を通すようにではなく、フィードフォワード速度指令信号やフィードフォワードトルク指令信号を通すように、設置してもよい。より具体的には、図６における振動成分除去部70を、低域通過位置指令信号50に通すのではなく、フィードフォワード速度指令信号56、もしくは、フィードフォワードトルク指令信号57に通す構成にしても同様の効果が得られる。
【００２６】
図７は、さらに別の第二のサーボ制御部12の構成を示す例である。図５に示す第二のサーボ制御部12の構成との違いは、位置指令信号生成部30と振動成分除去部70とを用いずに、無振動型位置指令信号生成部80を用いることである。無振動型位置指令信号生成部80では、動作条件情報20を入力し、周波数ωnの残留振動を励起せずかつ制限加速度以下になるように、振動成分除去位置指令信号71を生成し出力する点である。図７に示す第二のサーボ制御部12では、無振動型位置指令信号生成部80以降の動作は図５に示した第一のサーボ制御部11の動作と同じであり、振動成分除去位置指令信号71を用いて位置決め制御を行う。
【００２７】
無振動型位置指令信号生成部80で生成される位置指令信号の具体例を示す。本願発明者が特開2009-122777号公報で示したように、位置指令信号の一回微分である指令速度信号 V*(t)を、加減速時間t0に関し対称な信号、すなわち、t<0, t>t0のときv*(t)=0なる関数を用いてV*(t) = v*(t) + v*(2t0−t)とし（このときの位置指令信号の二回微分である指令加速度信号A*(t)は、a*(t)=dv*(t)/dt を用いてA*(t) = a*(t) − a*(2t0−t)と表される）、a*(t)および、a*(t)に含まれるパラメータｒを、残留振動の周波数ωnを用いて以下のように決定する。
【００２８】
【数２】
2011039929.tif 000004
ここで、ｃは、指令加速度信号A*(t)=a*(t)− a*(2t0−t)を二回積分して位置指令信号を得るときに、位置指令信号の最終値が移動距離Ｄになるための定数であり、[Z]は、Ｚを超えない最大の整数値を表すものとする。そして、上記で表される指令加速度信号A*(t)を二回積分したものが位置指令信号となる。
このようにして算出される位置指令信号を用いた場合、加減速時間t0、及び、移動距離Ｄと、指令加速度信号の最大値Apを表す以下の関係
【００２９】
【数３】
2011039929.tif 000005
を用いて、このApが制限加速度以下になるように、t0を選択することにより、周波数ωnの残留振動を抑制しつつ、制限加速度以下になるような位置指令信号を得ることができる。
【００３０】
無振動型位置指令信号生成部80で生成される位置指令信号の他の具体例を示す。位置指令信号の二回微分である指令加速度信号A*(t)を、加減速時間t0に関し対称な信号、すなわちA*(t) = a*(t) − a*(2t0−t)（ただし、t<0, t>t0のとき、a*(t)=0とする）としたとき、a*(t)および、a*(t)に含まれるパラメータｒが、以下のように決定する。
【００３１】
【数４】
2011039929.tif 000006
ここで、ｃは、指令加速度信号A*(t)=a*(t)−a*(2t0−t)を二回積分して位置指令信号を得るときに、位置指令信号の最終値が移動距離Ｄになるための定数であり、mは１以上の整数とする。そして、上記で表される指令加速度信号A*(t)を二回積分したものが位置指令信号となる。
このようにして算出される位置指令信号を用いた場合、加減速時間t0、及び、移動距離Ｄと、指令加速度信号の最大値を表す関係
【００３２】
【数５】
2011039929.tif 000007
を用いて、このApが制限加速度以下になるように、t0を選択することにより、周波数ωnの残留振動を除去しつつ、制限加速度以下になるような位置指令信号を得ることができる。
【００３３】
図５及び図６に示す第二のサーボ制御部12の場合、位置指令信号40や低域通過位置指令信号50などの指令信号から、機械の残留振動の周波数と等しい周波数の成分を除去するので、位置決め制御時の整定時に発生する残留振動を抑制することができる。しかし、このことは振動を励起しないように元の位置指令信号を成形することに相当するため、元の位置指令信号に対し、遅延が発生することになる。位置決め制御に用いる指令信号として位置指令信号40や低域通過位置指令信号50を用いた場合と振動成分除去位置指令信号71を用いた場合とで、モータが目標となる移動距離に到達するまでの時間を比較すると、振動成分除去位置指令信号71を用いた場合の方が位置指令信号40や低域通過位置指令信号50を用いた場合より長くなる。
また、図７に示す第二のサーボ制御部12においても、振動を励起しないような振動成分除去位置指令信号71を生成するので、位置決め制御時の整定時に発生する機械の残留振動を抑制することができる。しかし、同一の動作条件（すなわち、同一の移動距離、同一の制限加速度）で比較すると、振動を励起しないような振動成分除去位置指令信号71を位置決め制御に用いた場合は、制限加速度を最大限使用した三角指令を位置決め制御に用いた場合より、位置指令信号が開始されてから目標となる移動距離に到達するまでの時間が長くなる。
以上より、第二のサーボ制御部12では、機械の残留振動を抑制することを考慮して位置決め制御を行うので、位置決め制御時の整定時に発生する残留振動を抑制することができるが、位置決め時間が長くなる。
【００３４】
次に、残留振動振幅予測部15について説明する。
図８は、図１における残留振動振幅予測部15の構成の一例を示すブロック図である。図８において、91は動作条件情報20と残留振動情報26をもとに残留振動振幅理論値Yを算出する残留振動振幅理論値算出部、92は残留振動振幅理論値Yに比例定数を乗じて残留振動振幅予測値Xを算出する比例定数乗算部である。
残留振動振幅予測部15においては、動作条件情報20と残留振動情報26とを残留振動振幅理論値算出部91に入力し、第一のサーボ制御部11を用いて動作させたときの残留振動振幅理論値Yを算出する。算出された残留振動振幅理論値Yと残留振動情報26とが比例定数乗算部92に入力され、比例定数乗算部92では、残留振動振幅理論値Yに比例定数を乗じて残留振動振幅予測値Xを算出し、これを出力する。
【００３５】
ここで、比例定数乗算部92における比例定数は、以下に示す手順で決定する。
まず、第一のサーボ制御部11を用いて、ある動作条件（移動距離D0、加速度A0とする）で実際に位置決め制御させ、そのときの、位置検出器２から出力される検出位置信号25の振動の振幅（目標位置からの変位）X0と、周波数ωnを、任意の手段で別途測定しておく。このときの位置指令信号は目標となる移動距離D0であり、位置指令信号の２回微分である指令加速度信号の最大値がA0である。
次に、残留振動振幅理論値算出部91において、この動作条件（移動距離D0、加速度A0）で第一のサーボ制御部11を用いて動作させたときの、残留振動振幅理論値Y0を、
【００３６】
【数６】
2011039929.tif 000008
もしくは、
【００３７】
【数７】
2011039929.tif 000009
で計算する。
ここで、t0は位置指令信号が開始されてから目標位置に到達するまでの時間の半分の時間（加減速時間）、jは虚数単位である。V*ハット(ω)は、X0を測定する際の位置決め制御に使用した位置指令信号の微分信号である指令速度信号の周波数成分を表すフーリエ変換であり、V*ハット(ωn)で残留振動の周波数ω＝ωnにおける周波数成分を表す。また、v*(t)は、時間0から時間t0にかけての指令速度信号を表す。
【００３８】
特に位置指令信号が移動距離D0、加速度A0とする三角指令である場合には、残留振動振幅の理論値Y0は、
【００３９】
【数８】
2011039929.tif 000010
で計算できる。
これらX0、Y0の値を用い、比例定数乗算部92における比例定数をX0/Y0とする。また、残留振動振幅理論値算出部91は、位置決め制御の動作条件を移動距離D1、加速度A1である場合、上記Y0を求める手順において、変数をD0→D1、A0→A1に置換して算出する。
【００４０】
次に、サーボ制御選択部16について説明する。
図９は図１におけるサーボ制御選択部16の構成の一例を示すブロック図である。図９において、93は許容位置決め誤差と残留振動振幅予測値Xの値を比較し大小を判断し、第一のサーボ制御部11もしくは第二のサーボ制御部12のうち、どちらの位置決め制御を選択するかを判断するサーボ制御選択判断部、94はサーボ制御選択判断部93で判断された結果に基づき、第一のサーボ制御部11もしくは第二のサーボ制御部12のうちいずれかを選択し、位置決め制御を行わせるサーボ制御選択実行部である。
サーボ制御選択部16においては、許容位置決め誤差入力部13から許容位置決め誤差27を、また、残留振動振幅予測部15から残留振動振幅予測値Xを、サーボ制御選択判断部93に入力する。サーボ制御選択判断部93では、許容位置決め誤差27と残留振動振幅予測値Xの値を比較し、残留振動振幅予測値Xが許容位置決め誤差27より小さいならば、第一のサーボ制御部11で位置決め制御を行わせる。また、残留振動振幅予測値Xが許容位置決め誤差27より大きいならば、第二のサーボ制御部12で位置決め制御を行わせる。
【００４１】
図10は、残留振動振幅予測部15とサーボ制御選択部16の具体的な処理を説明するフローチャートである。
ステップST1では、動作条件情報部10から、位置決め制御を行うための情報である、移動距離D1、制限加速度A1の動作条件情報20を残留振動振幅予測部15に読み込む。
ステップST2で、実際の位置決め制御を行わせる前に、上記の動作条件で第一のサーボ制御部11を用いて動作させたときに生じる残留振動振幅理論値Y1を残留振動振幅理論値算出部91において算出する。具体的には、移動距離D1であり、位置指令信号の二回微分である指令加速度信号の最大値がA1以下である位置指令信号に対し、位置指令信号の微分信号である指令速度信号の周波数成分を表したフーリエ変換V*ハット(ω)を用いて、
【００４２】
【数９】
2011039929.tif 000011
もしくは、
【００４３】
【数１０】
2011039929.tif 000012
にて算出する。
【００４４】
なお、(2)、(4)式については、指令速度信号の周波数成分V*ハット(ωn)を用いてY0、Y1を計算するが、位置指令信号、もしくは、位置指令信号の二回微分信号である指令加速度指令信号A*(t)の周波数成分A*ハット(ω)、もしくは、位置指令信号の三回微分信号である指令加々速度指令信号J*(t)の周波数成分J*ハット(ω)を用いても、Y0、Y1を算出することができる。V*(t)は、X*(t)を一回微分した信号であり、A*(t)を一回積分した信号でもあり、また、J*(t)を二回積分した信号でもあることから、Y1を
【００４５】
【数１１】
2011039929.tif 000013
と計算してもよい。
いずれの場合でも、Y1は、位置指令信号、指令速度信号、指令加速度信号、指令加々速度信号の残留振動の周波数ωnにおける周波数成分に比例して計算される。
特に、位置指令信号が加速度Aである三角指令である場合には、Y1を、
【００４６】
【数１２】
2011039929.tif 000014
として算出する。
【００４７】
ステップST3では、動作条件(移動距離D0、加速度A0)で第一のサーボ制御部11で位置決め動作させたときの残留振動振幅の測定値X0と残留振動振幅理論値Y0、また動作条件(移動距離D1、加速度A1)で動作させたときの残留振動振幅理論値Y1に基づいて、比例定数乗算部92において残留振動振幅予測値X1を、
【００４８】
【数１３】
2011039929.tif 000015
により算出する。すなわち、比例定数をX0/Y0として、残留振動振幅理論値Y1に比例して、残留振動振幅の予測を行う。
【００４９】
ステップST4では、ステップST3で算出した残留振動振幅予測値X1と、許容位置決め誤差27とを比較する。ここで、許容位置決め誤差は、機械の位置決め仕様によって決まる値であって許容位置決め誤差入力部13から入力される。例えば、位置決め精度をより向上させたい場合には小さく設定され、精度をそれほど必要としない場合には大きく設定される。もし、残留振動振幅予測値Xが許容位置決め誤差27よりも小さければ、ステップST5で機械の残留振動の抑制を考慮しない位置決め制御を行う第一のサーボ制御部11で、実際の位置決め制御を行わせる。また、ステップST4で、残留振動振幅予測値Xが許容位置決め誤差27よりも大きいと判断されれば、ステップST6で機械の残留振動を抑制することを考慮した位置決め制御を行う第二のサーボ制御部12で、実際の位置決め制御を行う。
複数の動作条件（移動距離、加速度）に対して、シーケンス的に位置決め制御を行う場合は、ある動作条件（移動距離、加速度）の位置決め制御が図10のフローチャートに従って行われ、これが完了した後には、別の動作条件をST1に従い読み込みステップST2以降の処理を行うということを繰り返していく。この際、ステップST3におけるX0とY0は繰返し動作中同一の値を使用して処理を行えばよい。
【００５０】
前述のように、機械の残留振動の抑制を考慮しない第一のサーボ制御部11を用いて位置決め制御を実行すると、残留振動は発生するが、余計な遅延が発生しにくい。逆に、機械の残留振動を抑制することを考慮した第二のサーボ制御部12を用いて位置決め制御を実行すると、残留振動は発生しないが、遅延が発生しやすくなる。
そこで、実際の位置決め制御を実行する前に、ステップST3で、機械の残留振動の抑制を考慮しない第一のサーボ制御部11を用いたときの、機械の残留振動の振幅値を予測し、その振幅予測値が許容位置決め誤差以下に収まれば、第一のサーボ制御部11を用いて位置決め制御を実行することにより、余計な遅延が発生せず、かつ、残留振動も許容位置決め誤差以下に抑えられる位置決め制御が実現できる。特に、位置指令信号が三角指令であり、加速度を制限加速度にした場合には、位置指令信号が開始されてから指令が目標位置に到達するまでの時間が最短となり、位置決め時間も短縮することができる。
また、ステップST6で、残留振動振幅予測値が、許容位置決め誤差より大きくなる場合、機械の残留振動を抑制することを考慮した第二のサーボ制御部12を用いることにより、位置決め制御として最低限満たさなければならない許容位置決め誤差内への位置決め制御動作が実現できることになる。
以上のように、機械の残留振動の抑制を考慮しない第一のサーボ制御部11と、機械の残留振動を抑制することを考慮した第二のサーボ制御部12を動作条件に応じて自動的に使い分けることによって、許容位置決め誤差内への位置決め制御が実現でき、かつ、なるべく位置決め時間が短縮できるという効果がある。
【００５１】
次に、第一のサーボ制御部11を用いた際の、残留振動の振幅が(6)式で予測できる根拠を説明する。機械の残留振動の抑制を考慮しない第一のサーボ制御部11を用いて位置決め制御を行ったとき、整定特性は残留振動の影響を大きく受ける。このとき、位置指令信号X*(t)から検出位置信号X(t)への伝達特性は、残留振動の周波数ωnを用いて、
【００５２】
【数１４】
2011039929.tif 000016
と近似できる。ここで、ｓはラプラス演算子、X*ハット(s)は位置指令信号のラプラス変換、Xハット(s)は検出位置信号のラプラス変換である。
【００５３】
さらに、検出位置信号の微分である検出速度信号V(t)のラプラス変換をVハット(s)と、位置指令の微分信号である指令速度信号V*(t)のラプラス変換をV*ハット(s)との間についても、(7)式と同様に、
【００５４】
【数１５】
2011039929.tif 000017
で示される関係が成立する。ここで、位置指令信号X*(t)は時間0に開始され、時間2t0に位置指令信号が目標となる移動距離に到達し、かつ、指令速度信号が時間t=t0に関して対称な関係、すなわち
【００５５】
【数１６】
2011039929.tif 000018
で示される関係が成立するとする。ただし、v*(t)は、t＜０、及び、t＞t0において、v*(t)=0となる信号とする。前述の三角指令や、無振動型位置指令信号生成部80で生成される位置指令信号の具体例で示した位置指令信号は、（９）式のように表される。
【００５６】
時間t≧2t0以降の検出速度信号V(t)の時間応答は、(8)式を逆ラプラス変換し、(9)式を代入することにより、
【００５７】
【数１７】
2011039929.tif 000019
となる。さらに、時間t≧2t0以降の検出位置信号X(t)は、上式を積分することで、
【００５８】
【数１８】
2011039929.tif 000020
と示せる。上式において、大括弧[  ]中は時間ｔに依存しないことから、検出位置信号  X(t)には、周波数がωnで、振幅が、
【００５９】
【数１９】
2011039929.tif 000021
で示される振動が発生することを意味する。
【００６０】
一方、(9)式の指令速度信号の周波数成分V*ハット(jω)を計算すると、
【００６１】
【数２０】
2011039929.tif 000022
という関係が得られる。ここで、(11)式において、３つ目の等号が成立することには、積分の変数変換  τ→2t0−τを使用し、４つ目の等号が成立することには、三角関数の公式
【００６２】
【数２１】
2011039929.tif 000023
を使用した。
また、(11)式において、最初の式と最後の式とで等号が成立することから、以下の関係が示せる。
【００６３】
【数２２】
2011039929.tif 000024
(12)式においてω=ωn を代入すると、検出位置信号の振幅を表す(10)式は、
【００６４】
【数２３】
2011039929.tif 000025
となり、指令速度信号の周波数成分であるV*ハット(jωn)に比例して決定されていることが分かる。従って、指令速度信号の周波数成分を予め計算しておき、これに残留振動周波数に相当する周波数である指令周波数成分を求めれば、位置決め制御時の機械の残留振動振幅を予測できることが分かる。
【００６５】
特に、位置指令信号が加速度Ａの三角指令の場合を考える。三角指令の指令速度信号のラプラス変換V*ハット(s)は、指令速度信号の微分信号である指令加速度信号を算出し、これを１回積分することで得られることから、
【００６６】
【数２４】
2011039929.tif 000026
となる。(14)式にs＝jωnを代入することで、(13)式と(14)式から残留振動振幅を計算すると、
【００６７】
【数２５】
2011039929.tif 000027
となる。よって、位置指令信号が加速度Ａの三角指令の場合の残留振動は、動作条件（移動距離Ｄ、加速度Ａ）に依存しないことと、加減速時間がt0 = √(D/A)となることを用いると、
【００６８】
【数２６】
2011039929.tif 000028
に比例して振幅が発生すると言える。
【００６９】
以上のように、残留振動振幅は理論的には(13)、(15)式にしたがって予想できるが、実際には摩擦や設定するサーボ制御部のゲイン値などの要因により、(13)、(15)式で予測すると誤差が発生することがある。ただし、そのような場合でも、残留振動が発生するダイナミクスでは、残留振動周波数ωnで決まる(7)式の影響が大きいため、そこから導かれる(13)、(15)式は振動振幅の傾向を表していると考えられる。すなわち、ある動作条件（移動距離D0、加速度A0）で実際に動作させたときの振動の振幅X0と、別の動作条件（移動距離D1、加速度A1）で動作させたときの振動の振幅X1との間に、比例関係、すなわち、X0：Y0＝X1：Y1の関係があると考えられる。そこで、ある動作条件（移動距離D0、加速度A0）で実際に動作させたときの残留振動の振幅値X0を予め測定しておいて、別の動作条件（移動距離D1、加速度A1）で動作させたときの振動の振幅X1を
【００７０】
【数２７】
2011039929.tif 000029
により、予測することが可能になる。
【００７１】
本発明の効果を、シミュレーションにより具体的に説明する。
残留振動の周波数が10Hz(ωn=2π×10[rad/s])であるような機械に対し、複数の移動距離1mm(=0.001m)、5mm(=0.005m)、10mm(=0.010m)、20mm(=0.020m)、制限加速度A=3.0m/s2 という動作条件に対して位置決め制御を行い、許容位置決め誤差を移動距離の大小に関わらず0.5mmとする場合を考える。ここで、これらの動作条件に対し、移動距離に関わらず10Hzの機械の残留振動の抑制を考慮しない位置決め制御方式（これを方式Ａと呼ぶ）、移動距離に関わらず10Hzの機械の残留振動を抑制することを考慮した位置決め制御方式（これを方式Ｂと呼ぶ）、および、本発明による位置決め制御方式（これを方式Ｃと呼ぶ）で位置決め制御を行ったときの、検出位置信号の挙動をシミュレーションにより比較する。ここで、方式Ａの位置決め制御方式としては、図４に示した第一のサーボ制御部11と同じ構成をしたサーボ制御部を使用した。方式Ｂの位置決め制御方式としては、図６に示した第二のサーボ制御部12と同じ構成をしたサーボ制御部を使用し、振動成分除去部に(1)式のノッチフィルタを使用した。方式Ｃにおける第一のサーボ制御部11としては図４に示したもの、第二のサーボ制御部12として、図６に示したものを使用した。また、方式Ａ、Ｂ、Ｃのいずれにおいても、位置指令信号には制限加速度を最大限使用した三角指令を使用した。
【００７２】
図10〜12は、上記３方式で位置決め制御を行ったときの、時間と検出位置信号の時間応答シミュレーションを表示した波形である。位置指令信号が開始された時刻を０[s]としている。図10が方式Aの場合、図11は方式Bの場合、図12が方式Cの場合である。図10、11、12ともに、左上が移動距離1mmの場合、右上が移動距離5mmの場合、左下が移動距離10mmの場合、右下が移動距離20mmの場合のシミュレーション結果を表している。また、これらの図中の実線は検出位置信号を表し、点線は目標移動距離±許容位置決め誤差のラインを表す。位置決め制御実行後に、検出位置信号が点線内にあれば、適切な位置決め制御であり、振動の振幅が点線外にまで発生するようであれば、位置決め制御として不適切な動作である。
図10に示すように、方式Ａ（機械の残留振動の抑制を考慮しない位置決め制御方式）は、どの移動距離においても、位置決め制御の整定時に残留振動が発生していることが分かる。ただし、移動距離1mmと20mmの場合には、残留振動が発生していても、許容位置決め誤差内で、振幅で収まっている。このときの、位置指令信号が開始されてから、検出位置信号が許容位置決め誤差内に収束するまでの位置決め時間は、移動距離が1mmの場合は、0.0524[s]、移動距離が20mmの場合は、0.221[s]となる。一方、距離5mmと10mmの場合には、許容位置決め誤差を超えた振動振幅が発生しており、位置決め制御として不適切な動作となっている。
また、図11に示すように、方式Ｂ（機械の残留振動を抑制することを考慮した位置決め制御方式）は、移動距離に関わらず位置決め制御整定時に残留振動が発生しておらず、すべての移動距離で位置決め制御動作として適切な動作となっている。位置決め時間は、距離1mmの場合は0.0688[s]、距離５mmの場合は0.148[s]、距離10mmの場合は0.192[s]、距離20mmの場合は0.247[s]となる。
次に、本発明の実施の形態による方式Ｃによる位置決め制御を行う場合を考える。第一のサーボ制御部で実際に位置決め動作させたときの残留振動の振幅値X0を求めるのに用いたある動作条件をD0=1mm、A0=3.0m/s2とした。方式Ａでの移動距離1mmのときX0 = 0.39mmの振幅がシミュレーション上発生し、また、方式Ａも方式Ｃも位置指令信号として三角指令を使用していることから、(3)式でY0を計算するとY0 =1.767となる。さらに、X0、Y0を基に他の移動距離の残留振動振幅予測値X1を計算する。
移動距離1mmに関して、(5)式よりY1=1.767となるので、(6)式により、残留振動振幅予測値は、X1=0.39mmとなる。これは、許容位置決め誤差0.5mm以下であるため、10Hzの機械の残留振動の抑制を考慮しない第一のサーボ制御部11を使用して、位置決め制御を行う。
移動距離5mmに関して、(5)式よりY1=5.515となるので、(6)式より残留振動振幅予測値は、X1 = 1.217mmとなる。これは、許容位置決め誤差0.5mmを超えるため、10Hzの機械の残留振動を抑制することを考慮した第二のサーボ制御部12を使用して、位置決め制御を行う。
移動距離10mmに関して、(5)式よりY1= 5.653となるので、(6)式より残留振動振幅予測値は、X1=1.248mmとなる。これは、許容位置決め誤差0.5mmを超えるため、10Hzの機械の残留振動を抑制することを考慮した第二のサーボ制御部12を使用して、位置決め制御を行う。
移動距離20mmに関して, (5)式よりY1=1.783となるので、(6)式より残留振動振幅予測値X1は、X1=0.393mmとなる。これは、許容位置決め誤差0.5mm以下であるため、10Hzの機械の残留振動の抑制を考慮しない第一のサーボ制御部11を使用して位置決め制御を行う。
図12に示すように、本発明による方式（方式Ｃ）では、移動距離1、5、10、20mmともに許容位置決め誤差内に位置決め制御が行えており、位置決め制御として適切な動作となっていることが確認される。
【００７３】
表１は、図10、図11、図12に示した、シミュレーションによる各制御方式の位置決め時間をまとめたものである。
【００７４】
【表１】
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表１より、距離1mmと20mmに関しては、方式Ｃは方式Ａと同一の位置決め時間であり、方式Ｂよりも位置決め時間が短いことが確認される。この理由は、方式Ｃは、第一のサーボ制御部11を用いて位置決め制御を行うためである。また、距離5mmと10mmに関しては、方式Ｃは、方式Ｂと同一の位置決め時間となる。これは、方式Ｃは第二のサーボ制御部12を用いて位置決め制御を行うためである。
【００７５】
このように、方式Ｃは、動作条件に応じて、許容誤差内に位置決めするという仕様において、位置決め制御に要する時間がより短い制御方式を選択することができるということが確認される。以上に示したシミュレーションでは、許容位置決め誤差や、制限加速度などが移動距離に関わらず一定であるが、これらを移動距離に応じて変化させても、本発明を適用することができる。
【００７６】
動作条件情報（移動距離、加速度）に応じて、位置決め制御の位置決め時間が短縮しやすい第一のサーボ制御部11を用いたときの機械の残留振動の振幅を予測し、さらに、残留振動振幅の予測値と許容位置決め誤差を比較し、比較結果に応じて、許容位置決め誤差内に検出位置信号が収束し、かつ、より位置決め時間を短縮するのに有利な制御方式を選択するので、振動を所望の位置決め誤差内に抑えつつ、位置決め時間をより短縮することができる。
また、移動距離に係わらず、上述の通り、許容位置決め誤差内に検出位置信号が収束し、かつ、より位置決め時間を短縮するのに有利な制御方式を選択できるので、位置決め制御装置自体の調整時間を短縮できる。
さらに、ある１つの動作条件の位置決め制御中は制御方式を切り替えることがないので、位置決め制御中に切換に伴うショックや振動を発生させることがないという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明は、機械を駆動するための位置決め制御装置に適しており、特に低剛性の機械を駆動するための位置決め制御装置に最適なものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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